煙氣余熱利用畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 19 世紀就已經得到應用。干法脫硫具有工藝簡單、成熟可靠、可以較完全的除去煤氣中的 SH2 和大部分氰化氫等優點，所以至今一直得到采用，焦爐煤氣的干法脫硫較多采用的是氫氧化鐵法。 氫氧化鐵法脫硫是將焦爐煤氣通過含有氫氧化鐵的脫硫劑，使 SH2 與 3)(OHFe 反應生成 32SFe 或 FeS 。當硫在脫硫劑中富集到一定程度后，使脫硫劑與空氣接觸，在有水分存在時，空氣中的氧將貼的硫化物有轉化為氫氧化物并生成單體硫，脫硫劑即得到再生并可繼續使用。當煤氣中含有氧時，則脫硫和脫硫劑的再生可同時進行。 經過反復的吸收和再生后，硫磺就在脫硫劑中聚集，并逐步包住活性 3)(OHFe 的顆粒，使其的脫硫能力逐漸降低。所以當脫硫劑上含有 30%~40%（質量）的硫磺時，需要更換新的脫硫劑。 脫硫劑應含有占風干物料 50%以上的氧化鐵，氧化鐵中活性氫氧化鐵含量應在 70%以上。在裝入脫硫箱時，不應含有腐殖酸或腐殖酸鹽，其 PH 應大于 7。如腐殖酸類類的含量大于 1%，將會引起脫硫劑的的氧化，從而降低其硫容量和反應速度，進而可能由于硫磺菌的作用，而使硫從已形成的硫化物中的 SH2 形態分解出來。此外為使脫硫劑在使用中不因硫的集聚而過于增大體積和變得密實，脫硫劑在自然狀態下應該是疏松的，濕料堆密度不宜大于 。 湘潭大學本科畢業設計說明書 按上述要求，脫硫劑可用磨碎的沼鐵礦或鐵屑和鋸木屑按照體積 1： 1 的比列混 合制成，再加上約 %（質量）的熟石灰以使脫硫劑呈堿性（ PH 為 8~9），并用水均勻調濕至含水分 30%~40%。用鐵屑置備的脫硫劑，需置于空氣中約三個月，并定期翻曬，以使其充分氧化。 干法脫硫裝置可分為箱式和塔式兩種，常用的為多箱式。 箱式干法脫硫裝置整個設備為一長方形的槽，箱體可以用鋼板焊接或者用鋼筋混凝土制成，內壁涂一層瀝青或瀝青漆。整個干法脫硫裝置由四組設備組成，一般用三組并聯操作，另外一組設備備用。 干法脫硫可能達到的凈化話程度很高，一般可以達到 ~ 3100/ mg （標）煤氣。但是箱式脫硫裝置設備比較笨重，占地面積大，需要更換脫硫劑時勞動強度大。 湘潭大學本科畢業設計說明書 第三章 發電系統設計及設備選型 公司情況介紹 湖南省資興焦電股份有限公司于 2021 年 3 月籌建， 8月份正式成立。其前身為資興礦務局煤電焦化總廠，始建于 1958 年，是集洗煤、煉焦、發電、化工、建材于一體的綜合利用企業。該公司現有煉焦生產規模維持在 34 萬 t/a 左右，每年消耗洗精煤約 45萬噸。 每月煉焦生產規模約 萬噸，每煉制一噸焦將生產煤氣 420 3m ，其中約 55%的煤氣用于焦爐本身，其他用氣單位消耗的煤氣約為 %，而其余的部分則直接對外排放。為實現資源的綜合利用，減少焦爐煤氣對周邊環境污染，設計一個發電系統并對其進行節能分析。 方案選擇 目前 ,利用焦爐煤氣發電的技術方案主要有以下三種： 第一種，利用蒸汽輪機發電 這種方法是鍋爐直接燃燒焦爐煤氣，將煤氣的熱能通過鍋爐內的管束把水轉換為蒸汽，利用蒸汽推動汽輪機再驅動發電機發電。這是我國焦化企業采用較多的發電技術。系統的主要設備是燃氣燃燒器、鍋爐本體、化學水系統、給水系統、蒸汽輪機、冷凝器、冷 卻塔、發動機、變壓器和控制系統，工藝流程比較復雜。 該方法的優點是：對焦爐煤氣的要求比較低。燃氣處理系統比較簡單，技術成熟。缺點是：整個發電系統比較復雜，建設周期比較長，電站一旦建成就難以再移動，同時必須消耗大量的水資源，占地較多，需要的管理人員也比較多，對于單機功率幾千乃至幾萬千瓦的機組來說，機組的效率較低，大約在 20%左右。目前有一些焦化廠在采用這種發電技術。 第二種，采用燃氣輪機發電 燃氣輪機是以氣體為工質、經壓縮、加熱后在透平中膨脹，將部分熱能轉換為機械能的旋轉式動力機械。燃氣輪機比較適用于高含氫低 熱值和氣體含雜質較多的劣質燃料，一些燃氣輪機甚至使用原油和高硫渣油燃料。但燃氣輪機自身的發電效率不是很高，一般在 30%～ 35%，所產生的廢熱煙氣溫度高達 450～ 550℃，可通過余熱鍋爐再次回收熱能轉換蒸汽，驅動蒸汽輪機再發電，實現燃氣 — 蒸汽聯合循環。但是，目前燃氣輪機在性能、可靠性和壽命方面都不盡人意。 焦爐煤氣燃氣輪機發電存在以下問題：一是焦爐煤氣凈化問題，由于燃氣輪機是高速旋轉的機械，所以其對燃氣品質的要求就很高，包括機械雜質、水分、腐蝕性物質如 湘潭大學本科畢業設計說明書 硫化氫等，一旦達不到要求，將會對葉片造成嚴重損傷，而這種故 障在現場是無法處理的。二是燃料進氣壓力比較大，越是發電效率高的機組燃料進氣壓力越高，因為焦爐煤氣本身沒什么壓力，這就需要使用燃氣壓縮機，壓縮燃氣需要消耗大量的能量，影響到設備的實際輸出功率，一些項目甚至需要消耗燃氣輪機 15%～ 20%的功率。此外，燃氣輪機對操作人員的要求高，且機組現場維修困難，一旦出現故障，必須由專業人員或返回制造廠家修復。燃氣輪機在我國焦爐煤氣利用上進行過不少的嘗試，但是由于實際存在的問題，燃氣輪機在焦化領域的應用還存在不少問題。 第三種，采用燃氣內燃機發電 燃氣內燃機發電方式是最近幾年發 展起來的新技術，其工作原理與車用發動機類似，需要火花塞點火。由于燃氣內燃機氣缸內的核心區域工作溫度可達 1400℃，使其效率超過了蒸汽輪機，甚至燃氣輪機。該方案現主要應用在單機功率 2 MW 以下的小型發電機組發電，發電效率約為 32～ 36%。 燃氣內燃機最突出的優點正是發電效率比較高，其次是設備集成度高，安裝快捷，對氣體的品質要求不高，對于風扇水箱式機組用水量很少，設備的單位千瓦造價也比較低。內燃機對焦爐煤氣中的水含量和硫化氫含量比燃氣輪機的要求低得多，根據近幾年的使用情況來看，對焦爐煤氣稍加處理即可滿足要求。 通過對比上述三種各方案，將各方案中主要設備的特點列入下表。 表 31焦爐煤氣發電設備特點 性能比較 蒸汽輪機 燃氣輪機 燃氣內燃機 建設周期 周期長 周期較長 周期短 建設造價 每千瓦 40005500元 每千瓦約 4500元 每千瓦約 3500元 電站自耗電量 自耗電量大 {可達到20%以上 } 自耗電量大（可達到 15%～20%） 自耗電量少，小于發電量的5% 建站輔助設備 輔助設備多 輔助設備多 輔助設備少 機組特點 單機功率大，適于建立大功率燃氣電站，一般為幾十萬千瓦 單機功率較大，適于建立中型燃氣 電站，一般為幾萬千瓦到幾十萬千瓦 單機功率相對小，建站靈活，適合于建設幾千千瓦到幾萬千瓦的電站 機組運行與維護 運行可靠，機組操作人員多，操作復雜，對人員要求高 運行可靠，機組機構復雜，對操作人員要求高 機組運行可靠，對操作人員要求相對低 對氣源要求 對氣源要求低 對氣源要求高焦爐煤氣需脫硫脫萘處理，燃氣需要加壓 對氣源要求不高，達到一般工業用標準，壓力達到 3kPa以上即可 湘潭大學本科畢業設計說明書 綜合考慮各方案煤氣利用效率、技術成熟程度煤氣凈化要求、投資情況等各方面的優缺點，選擇第三種方案應用于焦爐煤氣發電。 設計及選型 高爐煤氣發電具有節能、環保和創效等綜合效益，是一項利國利民的工作。它在一定程度上改善能源結構，緩解區域性電力短缺，提高企業生產效益。高爐煤氣經過燃燒發電以后，還降低了直接排放給環境帶來的污染。下圖為焦電企業生產工藝圖 : 圖 31 焦電生產工藝圖 從圖中可以看出本設計所需要做的工作在于選擇合適的方案來利用企業浪費的焦爐煤氣，即虛框所示。 發電機組的選型 發電機組設備選用勝利油田動力機械有限公司的產品，其燃氣發電機組特性主要表現在以下幾個方面： (1)可適用于含 2H 量較高的燃氣成份 ,采用多點電控噴射技術 ,保證了燃氣機組各缸的充分良好燃燒 ,保證了機組的平穩運轉。 (2)可適應低壓力的燃氣 ,不必增壓 ,減少投資和提高有效發電量。 (3)發電效率高 ,系統自耗電少 ,機組熱效率可達 32%~35%,若實現熱電聯供 ,熱效率可達 80%以上。 (4)機組運行靈活。可單臺使用 ,也可多臺組合使用 ,可并機 ,也可并網 。可根據廠內自身實際用電負載的需要控制發電量大小并可根據實際用電負荷的差異 ,隨時調整運行機組的數量 ,有效利用設備資源 ,減少運行成本。 (5)機組的配氣系統采用專為燃氣發電機設計的凸輪軸及其他配氣機構 ,具有獨特 湘潭大學本科畢業設計說明書 的配氣相位、配氣夾角、點火提前角等 ,可使發動機達到較佳的燃燒效果。 目前勝動焦爐煤氣機組有 120GF153T 、 400GFT、 500GFRJ 、 1200GFT 、 2021GFT型燃氣發電機組。這幾種型號的燃氣內燃發電機主要參數如表 32所示： 表 32 主要機型燃氣內燃發電機技術參數 項目 單位 120GF153T 400GFT 500GFRJ 1200GFT 2021GFT 額定輸出功率 kw 120 400 500 1200 2021 發動機轉速 Rpm 1000 1000 1000 1000 1000 最小氣源壓力 2/cmkg 能量消耗（低熱的） MJ/kWh 焦爐煤氣耗量 hrm/3 90 298 325 750 1250 發電熱效率 % 供熱效率 % 總熱效率 % 熱電比 % 163 175 146 137 140 焦爐煤氣熱值為 3/NmMJ 這幾種產品中，型號為 500GFRJ 的機組應用最為廣泛，其技術成熟，性價比高。因此， 從公司剩余焦爐煤氣量和性價比綜合考慮，本設計中選用 500GFRJ 型機組。根據該公司每月產焦量可計算出本設計中所需發電機組臺 數，計算如下： 按照每月 30天計算： M= 410 247。 30247。 24= 噸 /h 氣M = 420= 3/mh 發電M =（ 155%%） = 3/mh N=247。 325= 臺 取整為 15臺 因考慮 機器需要維護或出現特殊情況，增加一臺機器備用，故整個系統需要發電機組為 16 臺。 主要技術參數 機組由 12V190ZL 燃氣機與西門子技術生產的發電機配套組成，發動機采用增壓中冷、電子調速（美國 WOODWARD 公司的電子調速器）、 TEM 控制系統結構形式，能實現遠程控制。該機組應用我國具有自主知識產權的電控混合技術、發動機防回火爆燃技術和增壓技術，解決了因焦爐煤氣含氫比例高，爆炸范圍寬、點火能量小、燃燒速度快而帶 湘潭大學本科畢業設計說明書 來的發動機工作不穩定現象。其經濟效益可觀，環保效果顯著。該公司自行研制的數字點火系統 性能可靠，提高了機組的可靠性。空氣和燃氣單獨增壓的結構形式大大降低了對燃氣成份的要求， TEM 控制系統提高了機組的自動化程度，確保機組安全運行。燃料范圍：天然氣、沼氣、煤礦瓦斯氣、焦化尾氣等。 500GFRJ 型焦爐尾氣發電機組經濟技術指標如表 33所列出 。 表 33 500GFRJ發電機組經濟技術指標 參 數 名 稱 參 數 值 機組型號 500GFRJ 發動機型號 12V190ZL 氣缸數 12 額定功率 kW 320 額定電壓 V 400 額定頻率 Hz 50 額定轉 速 r/min 1000 額定功率因數 cosφ （滯后） 燃氣熱耗率 MJ/kW h 11 機油消耗率 g/kW h ≤ 冷卻方式 強制水冷 潤滑方式 壓力和飛濺潤滑 起動方式 24V直流電起動 外形尺寸， l b h mm 5040 1970 2690 凈質量 kg 12021 燃氣發電機組主要性能特點 12V190ZL 型燃氣內燃機屬于往復式、四沖程內燃機 ,與柴油機、汽油機工作原理相似。主要由機體、曲軸、連桿活塞、缸蓋、點火系統、冷卻系統等組成。發動機用 計算機控制合理的匹配空氣與燃氣比例 ,火花塞點火，實現最佳燃燒，完成做功過程。